Как найти время по меридиану

Разговоры на тему летнего, зимнего, поясного, местного, астрономического времени сподвигли меня на этот пост. Расскажу и покажу, как рассчитать местное время. Вы узнаете, что такое поясное время. Тут будет немного теории и истории. И не будет медицины и физиологии, а также оставлю в стороне политические и экономические взгляды на данный вопрос. Я не медик, не экономист и уж тем более не политик, я – судоводитель.
Посему одна из наук необходимых для судовождения даже в наше время – мореходная астрономия мне хорошо знакома.
[Мореходная астрономия]Мореходная астрономия позволяет контролировать место судна по наблюдениям небесных светил. Небесные же светила непрерывно перемещаются и, чтобы определить их место в данный момент, необходимо знать законы их движения, изучаемые в астрономии. Это же относится и к искусственным спутникам Земли. Мореходная астрономия, кроме того дает сведения о службе времени и различных явлениях происходящих на Земле (восходы/закаты, освещенность, затмения и т.п.) и во Вселенной.
Основными задачами, решаемыми мореходной астрономией, являются:
— определение места в море по наблюдениям светил;
— определение поправок приборов направления (компасов);
— обеспечение службы времени.
Вспомогательные задачи:
— определение освещенности;
— кульминации светил и т.п.

Вот теперь мы и подошли к теме времени. Понятно, что человечество приняло за единицу времени одни сутки — за это время Земля совершает один оборот вокруг своей оси, или промежуток времени от восхода и до восхода Солнца. Потом этот отрезок времени поделили на 24 и получили – 1 час. Так как один оборот — это 360 градусов, то получаем, что 1 час это 15 градусов вращения Земли вокруг своей оси (видимого движения Солнца), а один градус движения Солнца (вращения Земли) — 4 минуты принятого землянами времени.
И не будем усложнять задачу знаниями о том, что:
— вращение Земли замедляется на 0.00023 секунды в столетие;
— случайные скачкообразные изменения скорости вращения Земли (их отмечено несколько, одно — в 1920 г. на 0,000000045 с);
— величина истинных солнечных суток в течение года меняется в среднем на 59,14 с;
— год не 365 дней, а 365,2422 дней.

Поэтому — для обсуждения темы сна-отдыха-работы и перевода часов мы не будем говорить об истинном солнечном и звездном временах (астрономических). Будем лишь оперировать средним солнечным временем, принятым для времяисчисления на Земле. Когда длина суток рассчитана не из одних суток, а в среднем за 1 год.

Местное время

— время наблюдателя на данном меридиане, а т.к. меридианов бесчисленное множество, то и местных времен — бесчисленное множество. Но у всех наблюдателей на одном меридиане — одно местное время.
Гринвичское время — местное время наблюдателя стоящего на Гринвичском меридиане.
Т.к. Гринвичский меридиан принят за начало отсчета долготы на Земном шаре, то местное время отличается от Гринвичского ровно на долготу места, переведенную из угловой меры во временную из расчета 360 градусов = 24 часам.
Есть поговорка:
«Longitude west, Greenwich time best.
Longitude east, Greenwich time least».
Что в произвольном переводе означает, с восточной долготой у вас время больше, чем на Гринвиче, а с западной долготой — меньше Гринвичского.

Теперь нам известно, что время на Гринвиче принято за точку отсчета времени, а вот местное время неудобно для повседневной жизни.
Поэтому для целого района или страны принималось единое время (местной обсерватории, дворца правителя и т.п.). Но…
При таком подходе возникают неудобства — разность со временем другого района или страны могла содержать дробные части часов и даже минут. Развитие цивилизации, общения народов потребовало упорядочения счета времени.

На астрономическом конгрессе 1884 г. была предложена и постепенно принятая почти во всех странах мира система поясных времен. В системе поясных времен счет времени ведется на 24 центральных меридианах Земли, отстоящих друг от друга на 15 градусов долготы, так что в соседних поясах время отличается на 1 час. Поясное время распространяется на 7,5 градусов долготы по обе стороны от центральных меридианов.

Поясное время

Поясным временем называется среднее местное время центрального меридиана данного часового пояса, принятое по всей территории пояса.

Но есть маленький фокус — на 12-м центральном меридиане долгота 180 градусов, и одна часть его пояса в восточном полушарии, а вторая — в западном. Время на часах жителей этого пояса одинаковое, но число на календаре у жителей восточного и западного полушария разное и отличается на 1 день. У жителей западного полушария еще вчера, по сравнению с нами — жителями восточной части Земли. И меридиан это называют — линией перемены дат.

При такой структуре поясов, поясное время не может отличаться от местного больше чем на 30 минут. Однако теоретические границы поясов соблюдаются лишь в морях, океанах и малообитаемых районах. Фактически границы поясов определяются правительствами стран с учетом административных, географических и экономических особенностей.

Декретное время.

С целью экономии электроэнергии на вечернем освещении часы на территории СССР были поставлены на 1 час вперед от поясного времени. Первоначально это время вводилось только летом (летнее время), но декретом в 1931 оставлено постоянно. Т.е декретное время это поясное время 1 час.

Летнее время.

В ряде стран перевод часов на 1 час вперед (иногда на 2 ч) осуществляется только на лето. В СССР летнее время ( 1 час к декретному или 2 часа к поясному) было введено в 1980 году. Дальнейшую игру со временем и часовыми поясами в нашей стране описывать не буду — все знают.
Нынче у нас страна на часовые пояса разделена вот таким образом.

Теперь немного практики. Как посчитать кульминацию Солнца (т.е. полдень) данного места.
Для этого необходимо определить долготу места. Ее можно взять:
— с карты местности;
— используя программу «Google Планета Земля» (Google Earth), где тыкнув курсор на нужное место, получим координаты — широту и долготу;
— с навигатора или другого гаджета,
— можно тут http://weatherandtime.net/ru/Europe/United-Kingdom/Greenwich-time.html

Полученную долготу (чтобы не мелочиться берем только целое число градусов) переводим в часы и минуты из расчета 15 градусов — 1 час, 1 градус — 4 минуты. Делаем небольшое допущение, что Солнце проходит свою верхнюю кульминацию (полдень) около 12.00 местного времени (на самом деле – 12.00 плюс минус около 15 мин).
Теперь от 12ч 00 мин вычитаем (для восточного полушария, а для западного прибавляем) полученное значение долготы в часах и минутах. Получаем Гринвичское время полдня на данном меридиане (долготе). Дальше — прибавляем разницу на ваших часах с Гринвичским (UTC, всемирным) временем для восточного полушария (и отнимаем, если считаем западное полушарие).
Спросите: «А где узнать Гринвичское время?» Отвечу — это сегодняшнее московское минус 4 часа (сегодня 3 февраля 2013 года, а то у нас не знаешь, что будет со временем завтра).

Пример: долгота восточная 33 градуса, время московское, т.е. Гринвич 4 ч.

Долготу переводим в часы:
— 33/15=2,2 значит 2 часа
— 2,2-2=0,2
— 0,2*60=12 значит 12 минут
— долгота 33 градуса выраженная в часах — 2 ч 12 м.

Определяем время нашего местного полдня по Гринвичу:
12ч00м — 2ч12м = 9ч48м

Добавляем разницу часов (что на руке или рядом) с Гринвичем:
9ч48м + 4ч = 13ч 48 м.
Это и есть время полдня по нашим часам (что на руке или рядом) в месте с долготой 33 градуса восточного полушария (помним — с точностью 30 минут, т.к. Солнце не всегда в 12.00 находится в верхней кульминации). Для точного подсчета судоводители используют астрономические таблицы.

Теперь поясное время. Надо перевести долготу места в часы и округлить до ближайшего часа.
Например: долгота 142,9 град Восточная.
142,9/15=9,526
Значит 10-й восточный часовой пояс. Т.е. на 10 часов больше чем на Гринвиче.

Несколько слов о восходе Солнца. На Экваторе Солнце всегда восходит около 6 часов утра по местному времени, соответственно заходит в районе 18 часов. Дальше на Север или Юг время восхода и захода Солнца зависит от широты места и времени года. Но в дни весеннего и осеннего равноденствия на всех широтах Солнце восходит и заходит, как на Экваторе – около 6 и 18 часов местного времени.
На примере Санкт-Петербурга и всех мест на широте 60 градусов северной широты. Время местное:
20 марта восход в 6 ч заход в 18.15
21 июня восход в 2 ч 36 м заход в 21.28
22 сентября восход в 5 ч 45 м заход в 18 часов
21 декабря восход в 8 ч 5 м заход в 14.55

Использовал: «Мореходная астрономия» Б.И. Красавцев (Москва «Транспорт» 1986), МАЕ 2012.

Местное время

При решении многих задач астрономии необходимо знать местное время, которое лежит в основе всех астрономических наблюдений.

Местное время – это время на данном географическом меридиане, например, в г.Белгороде. Этот меридиан имеет свое местное время. Он может быть звездным, истинным солнечным и средним солнечным. Все эти времена имеют некоторые общие особенности. Рассмотрим их применительно к местному среднему солнечному времени Т_м, отсчет которого ведется от меридиана средней полуночи.

Рис. 1 Местное среднее солнечное время

На (рис.1) точка О представляет собой Северный полюс Земли, прямая ОА — меридиан средней полуночи, а прямые ОВ и ОС — географические меридианы пунктов В и С земной поверхности, имеющих географические долготы λ₁ λ_2. Местное среднее солнечное время на указанных меридианах в один и тот же момент обозначено через Т_м1 и Т_м2. Непосредственно из рассматриваемого рисунка можно установить особенности местного времени: на всем географическом меридиане местное время в один и тот же момент одинаково; на восток от любого меридиана местное время увеличивается, а на запад уменьшается; разность местных времен на двух меридианах в один и тот же момент всегда равна разности долгот этих меридианов, выраженной в единицах время времени, т.е. Т_м2 — Т_м1 = λ₂ — λ₂. Это соотношение широко используется при решении практических задач авиационной астрономии. Оно позволяет определять местное время в заданном пункте по известному времени другого пункта. Местным средним солнечным временем пользоваться в повседневной жизни неудобно, так как даже в различных районах одного большого города оно отличается на некоторую величину, и поэтому увязать его в повседневной жизни, работе транспорта и связи очень трудно.

Рассмотрим зависимость между временем и долготой места. Местное время тесно связано с долготой места. Следовательно, между временем и долготой места существует определенная зависимость, которую можно установить на основании суточного вращения Земли. За сутки Земля делает полный оборот на 360° относительно той точки небесной сферы, по которой определяется время. Исходя из этого, можно вывести следующую зависимость между временем и долготой места: 360°=24 ч; 15°= 1ч; 15’= 1мин; 15″= 1с; 1° = 4мин; 1′ = 4 с; 1″ = 1/15 с.

Эта зависимость справедлива как для солнечного, так и для звездного времени, т. е. для любой системы измерения времени. Она позволяет долготу места выражать во времени и, наоборот, время выражать в единицах дуги и значительно упрощает решение многих практических задач авиационной астрономии.

Поясное

Определение поясного времени в заданном пункте. Система поясного времени позволяет легко определять поясное время в любом пункте. Между поясным временем и часовыми поясами имеется определенная зависимость. Разность поясных времен двух пунктов равна разности номеров часовых поясов, т. е.

Т_п2 — Т_п1 = N₂ — N₁,

где N₁ и N₂ — номера часовых поясов; Т_п1и Т_п2 — поясное время в этих часовых поясах. Указанное соотношение позволяет определять поясное время в заданном пункте по известному поясному времени другого пункта.

Поясное время в заданном пункте определяется по формуле

Tп2= Tп1±ΔN3в,

где Δ N — разность номеров часовых поясов данных пунктов.

Указанная разность прибавляется к известному поясному времени, если пункт, время которого определяется, расположен к востоку от пункта, время которого известно, а если к западу — вычитается.

Часовые пояса РФ

Декретное

декретным временем Т_д называется поясное время, увеличенное на один час. Декретное время было введено с целью более полного использования населением в летний период солнечного света и экономии топлива и электроэнергии, расходуемых на искусственное освещение.

До второй половины XIX в. Потребности общества вполне удовлетворялись счетом времени по среднему меридиану данного населенного пункта. Но с развитием железных дорог, телеграфной и телефонной связи такой счет времени стал неудобен. Так, в США, территория которых значительно простирается по долготе, к 1883 г. на железных дорогах насчитывалось 75 разных систем исчисления времени. На узловых станциях там нередко выставляли трое часов: одни – для поездов, идущих на запад, другие – для поездов, идущих на восток, и третьи – для местного пользования. Необходим был способ счета времени, исключающий этот разнобой, причем способ общий для всей Земли.

В 1879 г. канадский инженер-железнодорожник Сандфорд Флеминг (1827-1919) разработал систему поясного времени. По этой системе поверхность Земли условно разделена на 24 часовых пояса так, чтобы разность граничных меридианов составляла 15^о (в часовой мере – 1 ч). Наибольшую ширину часовые пояса имеют на экваторе Земли (около 1670 км), к северу и югу расстояние постепенно уменьшается, доходя до нуля на географических полюсах. В каждом часовом поясе ведется единый счет времени по среднему времени центрального меридиана данного часового пояса. Тогда разность между местным и поясным временем не будет превышать получаса. Счет центральных меридианов начинается 0^h. Часовым поясам последовательно присвоены номера от 0 до 23, возрастающие с запада на восток.

Гринвичский меридиан является центральным меридианом нулевого пояса. Протяжение этого часового пояса – 7,5^о к W и 7,5^о к ^Оstот Гринвича. В 1-м часовом поясе центральным является меридиан с долготой 15^оО^st. Поясное время этого часового пояса называется среднеевропейским временем. Центральный меридиан 2-го часового пояса имеет =30^оО^st. По такому же принципу разделены и все остальные часовые пояса. Если некоторый пункт расположен точно на граничном меридиане, то для него принимается поясное время часового пояса, лежащего к востоку от пункта.

Поясное время Т_п измеряется средними сутками, началом отсчета которых является средняя полночь на меридиане с долготой 15^о * nк востоку Гринвича (п – номер часового пояса). При пересечении границ часовых поясов время изменяется ровно на 1 ч, следовательно, минуты и секунды времени на протяжении всех часовых поясов соответствуют минутам и секундам всемирного времени

Тп=М+n

или с учетом формулы между местным истинным временем и истинным Гринвичским временем: m⨀=M⨀±lOstW

Tп=n+(n±l)OstW

Впервые поясное время было введено по проекту С. Флеминга в США в 1883 г. 1 октября 1884 г. Международная конференция в Вашингтоне приняла решение о введении поясного времени в ряде стран. В нашей стране поясное время введено с 1 июля 1919 г. На территории РФ расположено 11 часовых поясов (с +3 до +12, без +5).

По проекту С. Флеминга границы часовых поясов должны проходить по географическим меридианам, но это требование соблюдается лишь в открытых морях и в необжитых районах. Строгое повсеместное соблюдение такого условия привело бы к тому, что на территории одного района или даже одного города было бы разное время. Поэтому в действительности границы часовых поясов проходят горным хребтам, крупным рекам, сообразуясь с путями сообщений, природными и экономическими особенностями местности. При этом стараются по возможности объединить по времени районы, тяготеющие друг к другу в хозяйственном отношении. Так, например, Москва по долготе расположена в 3-м и 4-м часовых поясах, но целиком включена в 4-м часовом поясе.

Вследствие отклонения границ часовых поясов от положения географических меридианов, местное среднее время какого-либо пункта может отличаться от поясного и больше, чем на полчаса. Границы часовых поясов из-за изменений экономических и административных связей время от времени регулируется. Последнее уточнение границ часовых поясов было весной 1982 г. Теперь в нашей стране границы часовых поясов совпадают с административными границами республик, краев, областей и районов. Часовые пояса имеют особое значение для Единой энергосистемы. Они обеспечивают разнесение максимумов нагрузки за счет сдвига во времени циклов работы энергоемких территориальных комплексов. Это существенно облегчает работу Единой энергосистемы и позволяет снизить ее пиковую мощность.

Летом световой день длиннее, чем зимой. Следовательно, в летнее время расходуется меньше электроэнергии на искусственное освещение. Чтобы более полно использовать светлое время сутокдля работы, в некоторых государствах, например в США, Англии, Франции, а также ряде других западноевропейских стран, на период с апреля по октябрь стрелки часов переводят на 1 ч особым распоряжением (декретом) правительства. Осенью стрелки часов возвращают к показаниям поясного времени.

Летнее время неоднократно вводилось и в нашей стране. В сентябре 1930г. по окончании периода летнего времени в СССР стрелки часов обратно не перевели. Особым декретом правительства было принято решение о введении, вплоть до особого распоряжения, круглогодичного стабильного времени, отличающегося от поясного времени на 1 ч. Декрет преследовал цель – в светлое время года (с весны до осени) начинать и заканчивать трудовой день пораньше, чтобы снизить расход электроэнергии на искусственное освещение. В зимний период расход электроэнергии этим не сокращается, но достигается более равномерная нагрузка электростанций. Такое время получило название зимнего декретного времени:

Т_з.д. = Т_п + 1^h = М + п + 1

или

Tз.д=m+(n+1±l)OstW

За последние годы неизмеримо возросло производство и потребление электроэнергии. В целях дальнейшей экономии электроэнергии за счет рационального использования светлого времени суток разумно в летний период передвигать стрелки часов еще на 1 ч вперед. Поэтому, весной 1981 г. введен общий порядок исчисления времени на территории РФ. Ежегодно все часы должны были переводиться на 1 ч вперед в последнее воскресенье марта и возвращаться на 1 ч назад в последнее воскресенье октября. Таким образом, с 1 апреля границы суток были сдвинуты по отношению ко времени часового пояса на 2 ч. Такое время называлось, летним декретным временим:

Т_л.д. = Т_п + 2^h = М + п + 2

Tл.д=m+(n+2±l)OstW

Но 6 августа 2011 года вступил в силу закон, который выводит такие понятия как декретное время и летнее время (только для РФ). Поэтому Россия переходит на постоянный порядок исчисления времени.

Tд=m+(n+1±l)OstW

По приблизительным оценкам, сделанным РАО ЕЭС, перевод стрелок позволяет экономить ежегодно около 4,4 млрд. киловатт-часов.

Если разделить это количество на всё население России (которое составляет около 141млн человек), то каждый из россиян сэкономит в год по 31 кВт·ч, то есть в пересчёте на тарифы энергетических компаний (1,85 р/кВт·ч) — почти по 60 рублей в год или 5 рублей в месяц. Таким образом, всё население России экономит 8,14 млрд рублей за год. Также аргументом против летнего времени является то, что освещение не является в современном мире основным потребителем электричества, а распорядок использования внутреннего освещения квартир зависит от графика жизни населения, который далеко не у всех зависит от светового дня.

В момент средней гринвичской полночи на центральном меридиане 1-го часового пояса будет уже 1 ч следующих суток, а на центральном меридиане 23-го пояса – только 23 ч предыдущих суток. Переходя последовательно, таким образом к востоку и западу от Гринвича, мы придем на центральный меридиан 12-го часового пояса с долготой =±180^о и будем одновременно иметь 12^h дня предыдущих и последующих суток. В пунктах по обе стороны этого меридиана счет времени будет отличаться на целые сутки. 180-й меридиан проходит большей частью по водной поверхности Тихого океана, и он принят за линию перемены дат. На нем ранее всех мест на Земле начинается каждое новое число месяца. Практически линия перемены дат не идет строго по меридиану, а в некоторых местах отклоняется от него, огибая острова, и нигде не пересекает суши. Линия перемены дат огибает Чукотский полуостров с востока, проходя через Берингов пролив, затем отклоняется к западу, оставляя к востоку Алеутские острова. Острова Фиджи, Новую Зеландию и острова Чатем она огибает с востока. На всем остальном протяжении линия перемены дат проходит по 180-му меридиану. У мореплавателей принято правило: если корабль пересекает линию перемены дат, двигаясь на восток, то дату пересечения линии повторяют дважды, т.е. два дня считают одним и тем же числом (пропускают одни сутки). Если корабль пересекает линию перемены дат при движении на запад, то дату перехода линии изменяют сразу на 2 цифры, т.е. пропускают одно число (добавляют одни сутки).

Примеры решения задач

Пример:1

Условие: изучение различных систем счета времени, закрепление выше данного материала.

Задание: определить последовательность наступления полночи и полудня по различным системам счета времени для дат и городов: 27февраля, Белгород, Уральск, Чита.

Выполнение: исходя из выше перечисленных формул и правил, можно определить последовательность наступления полночи и полудня в различные даты и в различных городах, в нашем примере это: 27 февраля; Белгород, Уральск, Чита.

Для наглядности и удобства сделаем таблицу для трех городов с датами, которые даны выше.

Из пособий берем данные  и n, соответственно долгота и часовой пояс. Дальше по формулам находим поясное время T_п, местное Т_м, декретное Т_д.

Tп=n+(n±l)OstW

Tд=m+(n+1±l)OstW

Tм=Tп-(n±l)

Из примера можно понять, что последовательность наступления одноименных моментов суток на разных географических меридианах зависит систематически друг от друга. Т.е. от Гринвичского времени Tгр, от поясного Tп, от местного Tм, от декретного Tд. Причина несовпадения одноименных моментов суток заключается в различных системах счета времени и зависит от склонения , и от часового пояса n.

Зависимость между временами

При решении некоторых практических задач приходится переходить от одной системы счисления времени к другой. Зависимость между различными временами показана на рис. 2. Переход от одного времени к другому производится по формулам:

где N — номер часового пояса, в котором расположен данный пункт.

Рис. 2 Зависимость между временами

Литература:

1. Кононович Э.В., Мороз В.И. Общий курс астрономии: Учебное пособие / под ред. В.В. Иванова. – М.: Едиториал УРСС, 2001;

2. Астрономический ежегодник на 2014 год. – СПб.: Наука, 2013;

3. Геодезическая астрономия применительно к решению инженерно-геодезических задач / И.С. Пандул. – СПб.: Политехника, 2010;

4. Труды ИПА РАН. Вып. 10. В.А. Брумберг, Н.И. Глебова, М.В. Лукашева, А.А. Малков, Е.В. Питьева, Л.И. Румянцева, М.Л. Свешников, М.А. Фурсенко. Расширенное объяснение к «Астрономическому ежегоднику». – СПб.: ИПА РАН, 2004.

5. Черный М.А. Авиационная астрономия. – М.: Транспорт, 1978 – 208 с…, ил., табл.

Загрузка…

С тегами: мореходная астрономия учеба